A264

Optische Auswertung der Blechoberfläche zum Beschleunigen von Rüstvorgängen

(A264 S 24/10165/2008) Laufzeit der Forschungsarbeiten:     1. Januar 2009 – 30. Juni 2012 In der industriellen Produktion von Kaltprofilen stellt das Walzprofilieren heutzutage das wichtigste Verfahren dar. Es wird den kontinuierlichen Biegeverfahren mit drehender Werkzeugbewegung zugeordnet. Gewöhnlich ist Walzprofilieren ein Kaltumformverfahren. Während eines Walzprofilierprozesses wird ein Blech stufenweise von einer größeren Anzahl an rotierenden Rollen, angeordnet in Gerüsten, zum gewünschten Profilquerschnitt umgeformt. Beim klassischen Walzprofilieren bleiben sowohl Querschnitt als auch annähernd die Blechdicke konstant. Ein Werkzeugsatz besteht dabei aus einer Anzahl an Ober-, Unter- und Seitenrollen. Die Anzahl der verwendeten Rollenpaare ist dabei gleichbedeutend mit der Anzahl der Formgebungsstufen und hängt von der herzustellenden Bauteilgeometrie, dem Werkstoff und den spezifischen Qualitätsanforderungen ab. Einsatz findet dieses Umformverfahren in vielen Industriezweigen und Produktionsbereichen, wie zum Beispiel dem Automobilbau. Aber auch in weiteren Bereichen wie zum Beispiel der Möbelindustrie, dem Schiffsbau und im Bauwesen finden sich walzprofilierte Bauteile wieder. Alternativen zum Walzprofilieren sind die Biegeverfahren Gesenkbiegen, Gleitziehbiegen und Schwenkbiegen sowie das Massivumformverfahren Strangpressen. Die Wahl des verwendeten Verfahrens richtet sich dabei unter anderem nach der benötigten Profillänge, der Querschnittsgeometrie, dem Material und insbesondere der herzustellenden Menge. Hinsichtlich der Fertigungszeit weist das Walzprofilieren deutliche Vorteile gegenüber den konkurrierenden Herstellungsverfahren auf. Es ist besonders dann kostengünstig, wenn große Profillängen oder Losgrößen hergestellt werden können. Als nachteilig erweisen sich die höheren Werkzeug- und Anlagenkosten sowie die langen Produktionsvorbereitungszeiten. Letztere werden zum Großteil durch die langen Rüstzeiten bestimmt. In mittelständischen Walzprofilierbetrieben der Zulieferindustrie beträgt die reine Rüstzeit häufig bis zu 40% der Gesamtanlagenbelegung. Daher wird dieses Verfahren hauptsächlich bei großen Stückzahlen eingesetzt. Bei den alternativen Verfahren fallen die Rüstzeiten im Vergleich zum Walzprofilieren sehr kurz aus. Daher ist das Walzprofilieren bei kleinen bis mittleren Stückzahlen bislang hinsichtlich Wirtschaftlichkeit den alternativen Herstellungsverfahren unterlegen. Die Rüstzeit besteht zunächst aus dem Bestücken und dem richtigen Positionieren der Rollen innerhalb der Gerüste nach einem vorgegebenen Aufbauplan. Die Rollen sollen dann die korrekte Position im lastfreien Zustand eingenommen haben. Das bedeutet, dass theoretisch die Rollen für eine korrekte Profilform ausgerichtet sind. Beim anschließenden „Einfahren“ des Blechs und dem Generieren erster Profile wird, insbesondere bei komplexen Bauteilen, in der Regel eine Geometrieabweichung festgestellt. Die Ursache liegt vor allem in der Nachgiebigkeit der einzelnen Gerüste begründet, welche sich in Verschiebungen einzelner Rollen (Rollenfehlstellungen) im belasteten Zustand auswirkt. Die anschließende Korrektur der Profilabweichungen durch ein Verschieben einzelner Rollen stellt den eigentlichen Einrichtprozess dar. Dieser findet meist erfahrungsbasiert und individuell statt. Während dieses „Probierens“ müssen die Fehlstellungen erkannt und behoben werden. Oft muss allerdings ohne sorgfältige Analyse der Fehlerursachen mit Gegenmaßnahmen kurzfristig eine Lösung gefunden werden. Dies ist mit einem unkalkulierbar hohen Aufwand verbunden. Ein typisches Gerüst besteht neben den formgebenden Rollen aus zwei horizontalen Wellen, sowie teilweise auch Seitenwellen. Hinzu kommen Lager und Spindeln. Walzprofilieranlagen bestehen mitunter aus bis zu 60 derartigen Gerüsten. Das Zusammenspiel und Verhalten dieser Komponenten unter Last ist bis heute noch weitgehend unbekannt. Die Schwierigkeit, vorliegende lokale Rollenfehlstellungen zu detektieren, besteht in deren vielfältigen möglichen Ursachen. Ziel des Projektes war die Nutzung der Rollenabdrücke als Signalgeber für die Rollen-Ist-Position. Mithilfe einer speziellen Auswertemethodik werden durch Vermessung ausgewählter Rollenabdrücke falsche Rollenstellungen identifiziert, korrigiert und benötigte Soll-Rollenabdruckverteilungen erfasst. Die Werkzeuge (Rollen) hinterlassen aufgrund der Krafteinleitung während der Umformung Abdrücke auf dem Werkstück (Blech). Diese werden optisch erfasst und ausgewertet. Abdrücke auf blankem Blech reichen für eine Informationsgewinnung nicht aus. Durch eine gezielte Aufrauhung des Blechs vor der jeweiligen zu untersuchenden Umformstufe werden die zu analysierenden Rollenabdrücke qualitativ auf dem Blech abgebildet. Nachdem die Änderungen auf der Blechoberfläche an Orten der Rolle-Blech-Berührung mithilfe eines mobilen Oberflächenmesssystems ermittelt worden sind, werden die gemessenen Veränderungen auf dem aufgerauten Blech ausgewertethttp://avif17.invikom-server.de/ und interpretiert. Ausgewählte Oberflächenparameter dienen dazu, die Oberflächenänderungen zu beschreiben. Mithilfe von Druckversuchen werden spezielle Spannungs-Kennwert-Diagramme erstellt, mit denen den Rollenabdrücken jeweils eine maximale Ist-Kontaktnormalspannung zugeordnet werden kann. Unter Anwendung eines Simulationsmodells wird dazu parallel die Soll-Kontaktnormalspannungsverteilung ermittelt und mit dem Ist-Zustand aus dem Experiment verglichen. Durch diesen Abgleich zwischen der Ist-Rollenabdruckverteilung aus dem Realversuch und der Soll-Kontaktnormalspannungsverteilung aus der Simulation ergeben sich Hinweise über eine eventuelle Fehlstellung einzelner Rollen. Im Rahmen dieses Projektes konnte die Machbarkeit und prinzipielle Umsetzbarkeit des Lösungsansatzes, von Rollenabdrücken auf Rollenfehlstellungen zu schließen, nachgewiesen werden. Dabei wurde ein Zusammenhang zwischen vorliegender Rollenposition und gemessener Oberflächenbeschaffenheit des Abdrucks aufgezeigt. Durch die Vermessung der relativen Lage des Abdrucks und dessen Größe konnten vorliegende Abdruckverteilungen Rollenfehlstellungen zugeordnet werden. In Transferversuchen wurde der Versuchsaufbau unter Industriebedingungen getestet und prinzipiell reproduzierbar umgesetzt. Die untersuchte Methodik zeigt eine schnelle und machbare Lösung auf, Rollenfehlstellungen zu lokalisieren und zu beheben. Die Substitution der erfahrungsbasierten Fehlersuche durch eine systematische Kontrolle der Rollenpositionen kann somit Rüstzeiten verringern. Neben der Detektion von Rollenfehlstellungen kann diese Methodik für eine systematische Positionierung der Rollenwerkzeuge nach einem vorher erstellten Rollenabdruckplan genutzt werden. Mit dem im Vorhaben gewonnenen Wissen kann der Einrichtaufwand in den Walzprofilierbetrieben verkürzt werden. Forschungsstelle: Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der TU Darmstadt (PtU) http://www.ptu.tu-darmstadt.de/Forschungsleiter:                         Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche (vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahl- und Metallverarbeitung e.V. (WSM) für Fachvereinigung Kaltwalzwerke e. V. (FVK)) Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V. Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF